C++要点细细梳理（下）（内存分配、异常处理、template和文件读写）

4. 类动态内存分配

4.1 C语言动态内存分配：malloc和free

在这里插入图片描述

4.2 C++动态内存分配：new和delete

思考：定义一个对象和定义一个普通变量有何区别?
- 普通变量:分配足够空间即可存放数据
- 对象:除了需要空间，还要构造/析构
类比：
- malloc/free：租用一个仓库->存放货物 ->货物卖完 ->退租走人
- new/delete：租一块地 ->修建大厦（构造）->到期不用了 ->爆破拆除善后（析构） ->地归原主
调用默认构造函数，那么new+类名即可
调用带参数的构造函数，那么new+类名(参数)

4.2.1 new[ ]与delete[ ]运算符

new[ ]：申请空间并批量构造对象数组，返回首元素指针
delete[ ]：批量析构对象数组并释放空间，只能用于new[ ]出来的指针

4.2.2 malloc/free和new/delete的区别

在这里插入图片描述

4.2.3 虚析构函数

4.2.3.1 内存泄漏和内存溢出

内存溢出
内存泄漏

4.2.3.2 虚析构函数

在这里插入图片描述

4.3 例题

在这里插入图片描述

5. 异常处理

5.1 异常与bug

在这里插入图片描述

异常与bug的区别

对于Bug：程序员可控，越用心进行开发/走查/测试，Bug越少
对于Exception：程序员不可控，需要代码中设置针对异常情况的保护措施
- 网络应用:网络连通性、时延等不可控因素对于程序来说是异常
- 游戏:玩家打出极限操作、突破预先设置的情况是异常
- 数据分析:数据缺失值、未曾料想的特殊值等情况是异常
- 等等
  - 除以0异常(不除以0就是正常的)
  - 空指针异常(指针不空就是正常的)
  - 数组越界异常(数组不越界就是正常的)
  - int溢出异常(int不太大就是正常的)

总之，程序正确编译了，也能按照既定逻辑执行功能，但是遇到了合法范围外的数据导致程序失去确定性而中断就是异常

5.2 异常处理

异常会导致程序失去确定性，不知道怎么继续下去，于是有异常保护：

异常保护：引导程序继续走下去，再不济也要做好收尾工作，体面结束

5.2.1 throw和try-catch

throw：使用throw语句主动立即抛出一个异常对象(但不一定throw才抛异常，如n/0)
- throw抛出异常后会直接去执行catch对应的语句，原来异常语句下面的不会执行
try：保护一个语句块，后跟一个或多个catch块。try块中抛出异常不会立刻中止程序而是寻找catch处理
catch：捕获指定异常并进行处理，处理完不会再返回try块，直接离开try-catch继续执行

5.2.2 多个catch，捕获顺序：从详到略

在这里插入图片描述

5.2.3 多层函数调用中抛出异常

在这里插入图片描述

当前层函数无法处理异常就结束此层，在稍外层继续抛出该异常，如果还是无法解决继续向更外层抛出异常，直到到达某层函数能够处理该异常，处理完毕后继续执行处理该异常的函数调用层

5.2.4 函数异常限定符

在这里插入图片描述

5.3 C++标准异常类

虽说我们可以手动throw，抛出什么都可以，但一些常见的程序错误是C++自身抛出的(如除以零)
C++根据错误分类根据预设了一系列标准异常，定义在<exception>中
它们以父子类层次结构组织，都在名字空间 std 下

5.3.1 自定义异常类

自定义异常类通常继承自std:exception，并重写一些方法，比如what()
通常在自己编写的程序中会根据业务需求自定义异常类

5.4 例题

在这里插入图片描述

6. 模板

6.1 模板与泛型思想

6.1.1 函数重载为了实现代码复用做出的努力与不足

在这里插入图片描述

6.1.2 模板编程的目的

回顾：从函数 ->函数重载 ->面向对象 ->继承/多态 ->… 核心目的?
- 代码复用
但以上技术仍然是类型依赖的，需要为不同类型进行相应的实现，如函数重载
即“数据类型”信息是一个超参数，代码逻辑依赖这个超参数信息
模板编程：类型参数化，将类型信息也视作一个普通参数，使代码逻辑与类型信息分离

在这里插入图片描述

6.2 模板函数

用模板函数对不同类型变量进行自定义的拼接相加
- template 关键字：表明接下来定义一个模板
- typename 关键字：表明该模板参数是一个类型名——>模板参数可以不是同一个类型
- T1、T2：是两个类型形式参数，是类型占位符
于是在myAdd函数中就可以用T1和T2指代数据类型，编写代码逻辑

模板函数实例化

在这里插入图片描述

如果传入不支持类型的参数，将会报编译错误

模板类型推断

在这里插入图片描述

模板参数可以用于返回值

在这里插入图片描述

6.3 模板类

在这里插入图片描述

非类型的模板参数

在这里插入图片描述

模板类的声明与定义不可分离

普通类可以模块化：在.h中声明，在.cpp 中定义(实现)
但模板类不可以这样操作，必须声明同时+定义，为什么?
因为编译器无法事先知道类型占位符T是什么，所以必须同时写

6.4 例题

模板的核心思想：类型参数化，不依赖数据类型来编写程序逻辑
模板可用于函数和类的编写：模板函数和模板类
template：声明模板，typename：定义模板的类型参数

7. 文件读写流

7.1 文件读写流

回顾：cin 和 cout 叫做标准输入输出流对象，其机制类似一条河流
事实上，文件I0和使用cin/cout没有本质区别，标准I0只是文件I0的一个特例
文件输入输出流就是这条河流的来源/终点是一个文件

从标准IO到文件IO

现在我们知道cout是一个对象而<<是运算符重载，含义实际上是 cout.插入(“hello”
cout 是标准输出流对象因此输出到控制台，如果换成文件输出流对象，就实现了往文件输出，输入流同理

文件IO：打开->读/写->关闭

在这里插入图片描述

文件IO：fstream

读文件要用ifstream对象，写文件要用ofstream对象，能不能就用一个流对象，又能读又能写?
std::fstream

#include <iostream>
#include <fstream>
int main() {
    std::ifstream fin;
    std::ofstream fout;
    fin.open("input.txt",std::ios::in);
    fout.open("output.txt",std::ios::out);

    if (fin.is_open()==false||fout.is_open()==false){
        std::cout<<"Error"<<std::endl;
        return 0;
    }
    std::string name;
    int id;
    float score;

    while (fin.eof()==false){
        fin>>name>>id>>score;
        fout<<id<<" "<<name<<" "<<score<<std::endl;
    }

    fin.close();
    fout.close();

    return 0;
}

7.2 二进制文件读写

思考:通过文本文件存储整数123456789需要多少空间?
在文本文件中，将被存放成字符串“123456789”，共占9个字节
但它本来是个int，只占4字节呀!直接把这4字节写入文件就好了
二进制文件：将数据在内存中的实际存储内容直接写入到文件中，读取时需要知道存储和理解的格式
文本文件：将数据作为一串字符逐一输出到文件中，读取时再按照ASCII码逐字符解读为文本

#include <iostream>
#include <fstream>
int main() {
    std::ofstream  fout("data.bin",std::ios::out|std::ios::binary);
    if (!fout.is_open()){
        std::cerr << "Error opening file" << std::endl;
        return 1;
    }
    int a = 10;char b = 'a';;float c = 3.14;
    fout.write(reinterpret_cast<char*>(&a),sizeof(a));
    fout.write(reinterpret_cast<char*>(&b),sizeof(b));
    fout.write(reinterpret_cast<char*>(&c),sizeof(c));
    fout.close();

    std::ifstream fin;
    fin.open("data.bin",std::ios::in|std::ios::binary);
    if (!fin.is_open()){
        std::cerr << "Error opening file" << std::endl;
        return 1;
    }
    int a1;char b1;float c1;
    fin.read(reinterpret_cast<char*>(&a1),sizeof(a1));
    fin.read(reinterpret_cast<char*>(&b1),sizeof(b1));
    fin.read(reinterpret_cast<char*>(&c1),sizeof(c1));
    std::cout << a1 << std::endl << b1 << std::endl << c1 << std::endl;
    fin.close();
    
    return 0;
}

7.3 输出格式控制——流操作算子

在C语言中，通过printf()/fprintf()函数的格式控制符控制输出的格式
而在C++中，文件被封装成了流对象，控制流对象的格式，就能控制输出的格式
通过往流对象中插入流格式控制符控制流对象的输出格式
如希望控制输出小数时保留小数点后两位:

常用的流格式控制符

在这里插入图片描述

7.4 例题

文件在C++中以流对象的形式存在，通过流对象读写文件
文件输入流：ifstream文件输出流:ofstream文件读写流：fstream
流对象可以构造同时打开文件，也可以先定义，再调用open打开

在这里插入图片描述

打开文件时要注意使用正确的相对路径或绝对路径
操作流对象之前，要通过其is open 方法判断是否打开成功

在这里插入图片描述

读文件时，通过流对象的 eof()方法判断是否已经读到文件尾了
eof即end of file
通过头文件中的流操作算子控制输出格式

在这里插入图片描述

以二进制模式读写文件将直接拷贝实际存储内容，需要自行编码解码

在这里插入图片描述

8. 番外：C与C++

C和C++是两种非常相关的编程语言，它们之间存在许多关联，但也有很多显著的差异。

关联：

起源：C++是C语言的一个超集，也就是说，几乎所有的C语言代码都可以直接在C++中编译和运行。C++的创造者Bjarne Stroustrup在设计C++时，主要的目标之一就是提供一个“更好的C”，这意味着C++保持了C语言的许多特性，并增加了许多新的特性。
基础语法：C和C++的基本语法非常相似，包括变量声明、条件语句、循环语句等。
库：许多C语言的库在C++中仍然可用，尽管C++也提供了许多新的库和功能。

异同：

异：